风电场群的无功电压协调控制策略

大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略摘要：我国风电场一般处于电网末端，所连接电网相对薄弱，因此，电压稳定性也较电网其他部分弱。

当风电接入容量较大时，本地负荷无法消耗更多的有功功率，大量有功功率需通过长距离外送到负荷中心，因此需要大量无功支撑。

当前局部地区无法提供足够的无功支撑时，电网电压稳定性将会显著降低。

当前国内外的研究主要集中在风电接入引起的电压无功问题上，主要从几个研究层面展开:利用各种无功补偿装置提高风电场无功电压性能;从风电场或风电场群的角度出发，制定了相应的风电场无功控制方案和措施。

关键词：风电机组；无功补偿；电压控制；紧急控制；根据实际风电外送电网拓扑和参数建模，仿真重演了风电机组连锁脱网事故的暂态过程；分析了该暂态过程中风电机组和无功补偿装置的动态无功响应能力。

提出了综合考虑以上动态无功响应能力的大规模风电场全过程无功电压紧急控制策略：在电压跌落期间，风电机组网侧变流器基于电压变化量提供实时动态无功支撑，以缓解电压跌落；在故障切除之前，主动切除部分无功补偿装置来抑制暂态过电压；在故障恢复阶段，根据电压判据重新投入无功补偿装置，为系统提供无功调节能力。

一、分析电网故障期间ＳＶＣ和风电机组无功输出能力1.ＳＶＣ无功输出能力分析。

以较为典型的晶闸管投切电容器＋晶闸管控制电抗器（ＴＳＣ＋ＴＣＲ）型ＳＶＣ来说明其无功输出特性。

其向系统注入的无功功率为：式中：ω为角频率；Ｃ为投入电容大小；Ｖ为端电压；α为ＴＣＲ的触发角；ＸＬ为电感。

由上式可以看出，ＳＶＣ吸收或发出的无功功率与端电压的平方成正比。

当系统严重低电压时，ＳＶＣ的电压调节器会发出较大的电纳参考值而使其输出最大容性无功功率；由于ＳＶＣ含有相当容量的储能元件，其时滞影响导致无法实现瞬时无功控制，当故障切除时，电纳参考值过高会导致ＳＶＣ发出过量的无功功率，从而使系统出现严重过电压。

2.风电机组无功输出能力分析。

双馈风电机组在正常情况下的无功输出能力已有大量文献研究，在此不作过多赘述。

双馈风电场无功电压协调控制策略摘要：针对风能随机变化的特性以及双馈风力发电机动态无功调节能力随有功功率的变动而存在的波动性，提出一种新型的无功电压控制策略。

该策略首先基于风功率预测数据对电容器进行投切控制，进而分析双馈风机的ＰＱ关系曲线，并配合静止无功补偿器对风电场进行实时的功率调控，实现无功电压的控制。

该改进可显著提高并网点电压的合格率，减少电容器的投切次数。

实时风速扰动风电场系统的仿真结果验证了上述策略的正确性和有效性。

关键词：双馈感应发电机；协调控制；电容器投切；静止无功补偿器引言随着大规模风电的并网，风速的不确定性和波动性给电网的安全稳定运行和经济调度带来了一系列问题，无功电压问题就是其中最突出和最受关注的问题之一。

风电场并网点电压波动难以通过电容器或电抗器的投切得到有效平抑，文献[1]提出改善双馈风电场并网暂态电压稳定性的一般措施。

文献[2]研究了影响STATCOM电压调节器性能的诸多因素，在风电场升压站装设STATCOM能够增强双馈风电场的无功电压调节能力。

鉴于风电场的无功控制在保持电网电压稳定性，促进电网故障快速恢复具有重要作用。

因此，迫切需要深入研究双馈风电场的无功电压协调控制策略。

1无功电压协调控制策略的基本思路目前，双馈风电场的无功电压调控手段主要包括有载调压变压器、集中补偿电容器组、DFIG和动态无功补偿装置等。

并联电容器组和有载调压变压器（on-loadtapchanger,OLTC）等离散设备投切动作时限相对较长，只能实现阶跃性的分段控制，难以精确调节，可用于静态调控。

与之相比，DFIG以及SVC等动态设备具有快速调节能力，能迅速平抑风电场的无功电压波动，具有快速灵活的无功功率调节能力。

然而目前我国风电场中的DFIG通常情况下运行在恒功率因数方式下，导致其快速灵活的无功调节能力没有得到充分发挥。

所以，本文从双馈风电机组自身结构出发，研究其与无功补偿设备间的协调控制策略，同时可以保证风机运行的可靠性。

基于模型预测控制的风电场无功电压协调控制策略哎，你们知道吗?我最近在研究一个超级酷炫的东西——基于模型预测控制的风电场无功电压协调控制策略。

听起来是不是就像科幻电影里的高科技?其实啊，它还真就是风电场里的“智能大脑”。

我们风电场啊，就像个大家庭，里面有各种各样的风电机组，它们就像家里的孩子们，各有各的性格和脾气。

有时候风大，它们就兴奋得不得了，拼命转啊转，有时候风小，它们就懒洋洋的，不怎么动弹。

可问题是，这些孩子们的无功电压输出，如果不能协调好，就会让整个风电场的电压波动得像过山车一样，那可真是让人头疼。

于是呢，我们就想到了这个模型预测控制策略。

它就像是家里的智慧家长，能够提前预判孩子们的行为，然后根据情况做出最合理的调整。

具体是怎么做的呢?简单来说，就是在每个采样时刻，它都会根据当前的风速、负荷这些实时信息，在线求解一个有限时域的开环优化问题，然后得出最优的控制策略，让风电机组的无功电压输出达到最佳状态。

有一次，我亲眼见证了它的威力。

那天风特别大，风电场里的机组们都兴奋得不得了，无功电压输出一个比一个高。

如果按照以前的老办法，可能就得手动去调整，费时费力还不一定准确。

但是这次，有了模型预测控制策略，它就像个自动导航仪一样，自动调整了各个机组的无功电压输出，让整个风电场的电压稳稳当当的，就像是在平静的湖面上划船一样。

我还记得有一次，跟同事们一起讨论这个策略的时候，大家都兴奋得不得了。

小张说：“这简直就是风电场的‘智能大脑’啊，以后咱们的工作可就轻松多了!”小李也附和道：“是啊，再也不用担心电压波动的问题了，咱们可以专心去研究如何提高发电效率了!”说实话，我也特别开心能够参与到这个项目中来。

每次看到风电场在模型预测控制策略的“指挥”下，稳稳当当地运行，我就感到特别的满足和自豪。

就像看着自己的孩子一步步成长，变得越来越优秀一样。

当然啦，这个策略也不是万能的。

有时候，遇到特别复杂的情况，比如风速突然变化特别大，或者负荷突然增加很多，它可能也会有点手忙脚乱。

风电场无功补偿与电压控制策略分析摘要：风电作为最成熟的可规模化发展，并具有商业化开发价值的可再生源能源，已成为国家能源结构调整和应对气候变化的重大举措。

我国风电机组的装机容量增长速度较快，目前全国风力发电装机规模已超越核电，成为继煤电、水电之后的中国第三大主力电源。

但是在风力发电并入常规电网的过程中，由于风电出力的随机性和波动性，容易影响常规电网的无功功率和电压的稳定，本文在分析风电场无功电压控制的原则上，研究进行风电场无功补偿和无功电压控制的策略。

关键词：风电场；无功补偿；电压控制1引言我国为了变革能源结构，近年来大力开发和利用新型清洁能源，随着国家对风电上网保障、电能电价、税收优惠、补贴机制、技术支持等全方位风电产业鼓励扶持政策的落地和实施，我国风电也进入高速发展的快车道。

短短几年时间，在装机总量上首次超越美国，跃升为全球第一风电大国。

根据国家能源局统计，2016年全国风电累计并网装机容量1.49亿千瓦，占全部发电装机容量的9%，风电发电量2410亿千瓦时，占全部发电量的4%。

但是由于风能属一次不可控和不可储存能源，使风力发电具有随机性强、波动性大的特点，对常规电网产生诸多不利的影响，其中对电力系统的无功功率分布和电网的稳定运行影响较大，近年来，国内电网也出现过较多风电引起的无功功率和无功电压的问题和事故，因此需要研究风电场无功补偿与电压控制的策略，协调控制风电场无功电压，使之适应常规电网的要求，使电网安全稳定的运行。

2风电场无功电压控制的原则2.1无功补偿原则2.1.1正常时的无功平衡原则因为风电场的并网运行状况会影响电力系统的无功分布，当风电场出力较低时，风电场向电网注入无功；而当风电场出力较大时，风电场又从电网吸收无功功率。

所以需要采取无功补偿策略降低无功远距离传输引起的输电线路损耗，同时将电网电压控制在正常水平，以此平衡风电场的无功功率。

2.1.2故障时的动态无功调节原则当电网发生故障时，系统的电压会发生骤降，此时需要大量的无功功率来提供电压支持，所以要求电网故障时，风电场需具备一定的无功调节容量，将电网的电压稳定到正常水平。

风电场有功与无功功率控制系统的调度与维护近年来，随着全球能源危机的加剧以及环境保护的迫切需求，可再生能源逐渐成为全球能源发展的重要方向之一。

作为其中的重要组成部分，风能通过风力发电为人类提供了清洁、绿色的电力资源。

然而，由于风力的不可控性和不稳定性，风电场的有功与无功功率控制成为了风电发展中的一大挑战。

本文将深入探讨风电场有功与无功功率控制系统的调度与维护。

首先，风电场有功与无功功率控制系统的调度是指综合利用风能资源，保证风电场的有功和无功功率的平衡，实现电网稳定和电能质量的要求。

在风电场的调度中，需要兼顾风电机组的发电产能与电网的需求。

有功功率调度主要涉及发电机组的运行控制策略，以保证风电场的有功功率输出满足电网的负荷需求。

无功功率调度则是通过调节并控制风电场的无功功率输出，以维持电网的电压稳定。

因此，风电场有功与无功功率控制系统的调度是风电场正常运行的关键。

在风电场调度过程中，有功功率控制是维持电网运行稳定的核心。

其中，对风电机组的出力进行控制是影响有功功率输出的关键因素。

通常，一个风电场由多个风电机组组成，每个风电机组由一个或多个风力发电机组成。

为了实时掌握风电机组的运行状态，调度员需要关注风速、发电机组的性能特点、各机组之间的配合等因素。

根据电网的需求以及预测的风速变化，调度员会对风电机组的出力进行动态调整，保证风电场的有功功率的稳定输出，满足电网的负荷需求。

此外，风电机组的启停也是调度员重要的工作之一，根据电网负荷情况以及风电机组的可用性，合理安排机组的运行状态，确保风电场的有功功率的稳定调度。

除了有功功率的调度外，风电场的无功功率调度同样重要。

无功功率调度的目的是通过合理调整风电场的无功功率输出，维护电网的电压稳定，同时减少无功功率对电网损耗的影响。

在风电场的无功功率调度中，调度员需要根据电网电压的变化情况以及其与无功功率之间的关系，调整风电场的无功功率输出。

通过控制风电机组的无功功率，调度员可以合理维持电网的电压稳定范围，防止电网电压异常波动，保证供电质量和电网的安全稳定运行。

ＤＯＩ：１０．７５００／ＡＥＰＳ２０１２１１１３６双馈风电场无功电压协调控制策略杨　硕，王伟胜，刘　纯，黄越辉，许晓艳（中国电力科学研究院，北京市１００１９２）摘要：针对大型风电场并网运行的电压稳定问题，研究了双馈风电场内多无功源在时间尺度上的动态响应配合和空间粒度上的物理分布特性，提出了一种综合考虑升压站集中动态无功补偿设备和双馈风电机组的无功电压协调控制策略。

该策略以在线实时监控数据为基础，采用基于过滤集合的原对偶内点法求解风电场无功电压多目标优化控制模型，能够在满足公共接入点电压控制指令的同时，使得集中动态补偿设备无功裕度更大，馈线上各风电机组的机端电压裕度更均衡。

对中国北方某风电场的仿真计算验证了所提控制策略的有效性。

关键词：双馈感应发电机；风电场；无功电压控制；多目标优化；内点法收稿日期：２０１２－１１－１５；修回日期：２０１３－０３－２８。

国家自然科学基金资助项目（５１２０７１４５）；国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２０１１ＡＡ０５Ａ１０１）；国家电网公司科技项目“风电集中接入弱端电网无功电压稳定控制策略研究”。

０　引言随着风电穿透功率的增加，风速的随机变化和系统运行方式的改变等扰动会引起风电接入地区局部电网的电压波动，影响电力系统的安全稳定运行［１－２］。

中国和世界许多国家的电网运营商都制定了风电并网技术导则［３－５］，要求风电场在正常运行条件下能够调节公共接入点（ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎｃｏｕｐｌｉｎｇ，ＰＣＣ）的无功功率和电压，平抑风速变化带来的电压波动，保证电网接入点的电压稳定。

考虑到双馈感应发电机（ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＤＦＩＧ）的无功输出受变流器容量限制，通常在升压站装设动态无功补偿设备，例如静止无功补偿器（ｓｔａｔｉｃ　ｖａｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，ＳＶＣ）和静止同步补偿器（ｓｔａｔｉｃ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，ＳＴＡＴＣＯＭ）等，以增强双馈风电场的无功电压调节能力。